[go: up one dir, main page]

RU2473925C1 - METHOD OF DETERMINING ABSORBED DOSE OF β-RADIATION IN SOLID-STATE THERMOLUMINESCENT DETECTOR - Google Patents

METHOD OF DETERMINING ABSORBED DOSE OF β-RADIATION IN SOLID-STATE THERMOLUMINESCENT DETECTOR Download PDF

Info

Publication number
RU2473925C1
RU2473925C1 RU2011132176/28A RU2011132176A RU2473925C1 RU 2473925 C1 RU2473925 C1 RU 2473925C1 RU 2011132176/28 A RU2011132176/28 A RU 2011132176/28A RU 2011132176 A RU2011132176 A RU 2011132176A RU 2473925 C1 RU2473925 C1 RU 2473925C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
detector
absorbed dose
thermoluminescent
dose
Prior art date
Application number
RU2011132176/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Александрович Вайнштейн
Дмитрий Михайлович Спиридонов
Александр Сергеевич Вохминцев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Application granted granted Critical
Publication of RU2473925C1 publication Critical patent/RU2473925C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention is a method of estimating the cumulative dose of ionising β-radiation using solid-state thermoluminescent detectors and can be used in personal dosimetry and in monitoring the radiation environment in different conditions. The method involves heating said detector from room temperature while simultaneously measuring thermoluminescence intensity and subsequently estimating the absorbed dose from parameters of the obtained thermoluminescence curve, wherein the solid-state thermoluminescent detector used is monocrystalline aluminium nitride AlN; the detector is heated to temperature of at least 400°C, and thermoluminescence intensity is measured only within the wavelength range from 340 to 380 nm.
EFFECT: wider range of linearity of the dose curve, high accuracy of estimating absorbed dose of β-radiation, wider field of use of the method, wider range of methods of determining absorbed dose of ionising β-radiation in a solid-state thermoluminescent detector.
3 dwg

Description

Изобретение относится к радиационной физике, а именно к способам оценки накопленной дозы ионизирующего β-излучения с использованием твердотельных термолюминесцентных детекторов, и может быть использовано при персональной и клинической дозиметрии, при мониторинге радиационной обстановки в различных условиях.The invention relates to radiation physics, and in particular to methods for estimating the accumulated dose of ionizing β-radiation using solid-state thermoluminescent detectors, and can be used in personal and clinical dosimetry, when monitoring the radiation situation in various conditions.

Регистрацию и измерение поглощенной дозы излучений различных видов осуществляют с использованием твердотельных термолюминесцентных детекторов, изготовленных из различных материалов, таких как фторид лития LiF; фторид кальция CaF2, оксид алюминия Al2O3, сульфат кальция CaSO4:Dy; ведутся исследования по созданию радиационно-чувствительных сред на базе веществ разных классов, в частности широкозонных оксидных материалов (BeO, MgO, SiO2) [В.С.Кортов, И.И.Мильман, С.В.Никифоров, Твердотельная дозиметрия, Известия ТПУ, 2000, Т.303, вып.2, с.35-45].The registration and measurement of the absorbed dose of radiation of various types is carried out using solid-state thermoluminescent detectors made of various materials, such as lithium fluoride LiF; calcium fluoride CaF 2 , alumina Al 2 O 3 , calcium sulfate CaSO 4 : Dy; Studies are underway to create radiation-sensitive media based on substances of different classes, in particular wide-gap oxide materials (BeO, MgO, SiO 2 ) [V.S. Kortov, I.I. Milman, S.V. Nikiforov, Solid-state dosimetry, Izvestia TPU, 2000, T.303, issue 2, pp. 35-45].

Однако существует потребность в применении твердотельных детекторов, обладающих повышенной тканеэквивалентностью и лучшей пригодностью для использования в персональной дозиметрии, в том числе при оценке поглощенной дозы β-излучения при работе с радиоактивными материалами и в космических условиях.However, there is a need for the use of solid-state detectors with enhanced tissue equivalence and better suitability for use in personal dosimetry, including the evaluation of the absorbed dose of β radiation when working with radioactive materials and in space conditions.

Известен такой материал, как нитрид алюминия AlN - прямозонный материал с большой шириной запрещенной зоны [L.I.Berger, Semiconductor materials, CRC Press, 1997, pp.123-124]. Это теплостойкий, кислотоупорный материал, в поликристаллической форме пригодный к применению в высокотемпературных полупроводниковых устройствах.Known material such as aluminum nitride AlN - direct-gap material with a large band gap [L.I. Berger, Semiconductor materials, CRC Press, 1997, pp.123-124]. It is a heat-resistant, acid-resistant material in polycrystalline form suitable for use in high-temperature semiconductor devices.

Вследствие уникального сочетания физических и электрических характеристик: высокой теплопроводности, хороших электроизоляционных свойств, умеренного коэффициента теплового расширения при относительно невысокой стоимости, нитрид алюминия находит применение как конструкционный керамический материал при изготовления корпусов и подложек интегральных схем, мощных транзисторов, поглотителей и оконечных нагрузок, в том числе в космической технике [В.И.Костенко, В.С.Серегин, Л.А.Грошкова, А.И.Василевич, Современные информационные и конструкторские технологии, 2003, http://www.iki.rssi.ru/seminar/tarusa200406/3-19.pdf].Due to the unique combination of physical and electrical characteristics: high thermal conductivity, good electrical insulation properties, moderate coefficient of thermal expansion at a relatively low cost, aluminum nitride is used as a structural ceramic material in the manufacture of cases and substrates of integrated circuits, powerful transistors, absorbers, and end loads, including in space technology [V.I. Kostenko, V.S. Seregin, L.A. Groshkova, A.I. Vasilevich, Modern Information and Design Office Technologies, 2003, http://www.iki.rssi.ru/seminar/tarusa200406/3-19.pdf].

Изучение спектров отражения и возбуждения синей люминесценции кристаллов AlN в области энергий 3÷40 эВ показало возможность использования кристаллического нитрида алюминия в оптоэлектронике в качестве светодиодов в ультрафиолетовой области спектра [Michailin V.V., Oranovskii V.E., Pacesova S., Pastrnak J., Salamatov A.S., Physica Status Solidi (b) 58 (1973) К51].A study of the reflection and excitation spectra of blue luminescence of AlN crystals in the energy range 3–40 eV showed the possibility of using crystalline aluminum nitride in optoelectronics as LEDs in the ultraviolet region of the spectrum [Michailin VV, Oranovskii VE, Pacesova S., Pastrnak J., Salamatov AS, Physica Status Solidi (b) 58 (1973) K51].

Сообщается [Radiation Measurements, Volume 33, Issue 5, October 2001, Pages 731-735], что керамический материал в виде нитрида алюминия, допированного окисью иттрия (AlN-Y2O3), при облучении ультрафиолетом и определении поглощенной дозы термолюминесцентным способом имеет линейную дозовую зависимость. Обсуждена возможность использования керамического AlN-Y2O3 для дозиметрии ультрафиолетового излучения. Однако при этом не было выполнено систематических исследований возможности измерения поглощенной дозы бета-излучения. Нитрид алюминия с иттрием обладает пониженной тканеэквивалентностью к излучениям. Указанные результаты, связанные с облучением допированного окисью иттрия керамического нитрида алюминия светом ультрафиолетового диапазона, не могут быть приложены к беспримесному нитриду алюминия и к материалам, облученным корпускулярными излучениями, в частности β-излучением.It has been reported [Radiation Measurements, Volume 33, Issue 5, October 2001, Pages 731-735] that a ceramic material in the form of aluminum nitride doped with yttrium oxide (AlN-Y 2 O 3 ), when exposed to ultraviolet light and to determine the absorbed dose by a thermoluminescent method, has linear dose dependence. The possibility of using ceramic AlN-Y 2 O 3 for dosimetry of ultraviolet radiation was discussed. However, no systematic studies of the possibility of measuring the absorbed dose of beta radiation were performed. Aluminum nitride with yttrium has a reduced tissue equivalence to radiation. The above results associated with the irradiation of doped yttrium oxide ceramic aluminum nitride with ultraviolet light cannot be applied to pure aluminum nitride and to materials irradiated with particle radiation, in particular β radiation.

Известен способ определения поглощенной дозы β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе на основе анион-дефектного монокристалла оксида алюминия (ТЛД-500К), включающий нагрев указанного детектора со скоростями 0,25÷20 К/с в диапазоне температур от 303 К до 473 К (30÷200°C) с одновременным измерением в процессе нагрева интенсивности термолюминесцентного свечения в широкой области спектра (от 300 до 800 нм, весь видимый спектр) и последующей оценкой поглощенной дозы по параметрам полученной кривой термовысвечивания: либо по значению светосуммы, либо по интенсивности пика указанной кривой [И.И.Мильман, С.В.Никифоров, B.C.Кортов, А.К.Кильметов, Контроль качества детекторов излучения для радиационной дефектоскопии, Дефектоскопия, 1996, №112, стр.64-70].A known method for determining the absorbed dose of β-radiation in a solid-state thermoluminescent detector based on an anion-defective single crystal of aluminum oxide (TLD-500K), including heating the specified detector with speeds of 0.25 ÷ 20 K / s in the temperature range from 303 K to 473 K ( 30 ÷ 200 ° C) with simultaneous measurement of the intensity of the thermoluminescent glow during the heating process in a wide spectral region (from 300 to 800 nm, the entire visible spectrum) and the subsequent assessment of the absorbed dose by the parameters of the obtained thermal emission curve: either by the value of of the totals, or according to the peak intensity of the specified curve [I.I. Milman, S.V. Nikiforov, BCKort, A.K. Kilmetov, Quality control of radiation detectors for radiation defectoscopy, Flaw detection, 1996, No. 112, pp. 64-70 ].

Недостатком такого способа является наличие нелинейности (сверхлинейности) дозовой зависимости при величинах поглощенной дозы более 0,192÷0,32 Гр.The disadvantage of this method is the presence of non-linearity (superlinearity) of the dose dependence for absorbed doses of more than 0.192 ÷ 0.32 Gy.

Прототипом предложенного способа является способ определения поглощенной дозы β-излучения в термолюминесцентном детекторе на основе анионо-дефектного монокристалла оксида алюминия, включающий нагрев указанного детектора от комнатной температуры до 300°C с одновременным измерением в процессе нагрева интенсивности термолюминесцентного свечения в области видимого спектра, в пределах диапазона длин волн от 500 до 570 нм, и последующей оценкой поглощенной дозы по параметрам полученной кривой термовысвечивания [патент РФ 2378665].The prototype of the proposed method is a method for determining the absorbed dose of β-radiation in a thermoluminescent detector based on an anion-defective single crystal of alumina, including heating the specified detector from room temperature to 300 ° C with simultaneous measurement of the intensity of the thermoluminescent glow in the visible spectrum during heating the range of wavelengths from 500 to 570 nm, and the subsequent assessment of the absorbed dose according to the parameters of the obtained thermal emission curve [RF patent 2378665].

Способ-прототип обеспечивает линейность дозовой зависимости при величинах поглощенной дозы до 1 Гр. Недостатками способа являются ограниченность диапазона линейности дозовой зависимости, снижение точности определения (оценки) поглощенной дозы при значениях, превышающих 1 Гр, и зависимость параметров термолюминесцентных пиков от величины дозы и условий предварительной фототермической обработки материала [I.I.Milman, V.S.Kortov, S.V.Nikiforov, Radiation Measurements, 1998, Vol.29, No3-4, pp.401-410]. Ограничивается область использования способа при повышенных значениях поглощенных доз.The prototype method provides linear dose dependence with absorbed doses up to 1 Gy. The disadvantages of the method are the limited linearity of the dose dependence, the decrease in the accuracy of determination (estimation) of the absorbed dose at values exceeding 1 Gy, and the dependence of the parameters of the thermoluminescent peaks on the dose and the conditions for preliminary photothermal treatment of the material [IIMilman, VSKortov, SVNikiforov, Radiation Measurements 1998, Vol.29, No. 3-4, pp. 401-410]. The scope of the method is limited to higher absorbed doses.

Задачей изобретения является расширение диапазона линейности дозовой зависимости и соответствующее повышение точности оценки поглощенной дозы β-излучения, снижение зависимости параметров термолюминесцентных пиков от величины дозы и условий предварительной фототермической обработки материала, расширение области использования способа, расширение арсенала способов определения поглощенной дозы ионизирующего β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе.The objective of the invention is to expand the range of linearity of the dose dependence and the corresponding increase in the accuracy of estimating the absorbed dose of β-radiation, reducing the dependence of the parameters of thermoluminescent peaks on the dose and conditions of the pre-photothermal treatment of the material, expanding the scope of the method, expanding the arsenal of methods for determining the absorbed dose of ionizing β-radiation in solid state thermoluminescent detector.

Для решения поставленной задачи способ определения поглощенной дозы ионизирующего β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе, включающий нагрев указанного детектора от комнатной температуры с одновременным измерением в процессе нагрева интенсивности термолюминесцентного свечения и последующей оценкой поглощенной дозы по параметрам полученной кривой термовысвечивания, отличается тем, что в качестве твердотельного термолюминесцентного детектора использован монокристаллический нитрид алюминия AlN, нагрев детектора ведут до температуры не менее 400°C, а измерение интенсивности термолюминесцентного свечения осуществляют только в пределах диапазона длин волн от 340 до 380 нм.To solve this problem, the method for determining the absorbed dose of ionizing β-radiation in a solid-state thermoluminescent detector, which includes heating the specified detector from room temperature with the simultaneous measurement of the intensity of the thermoluminescent glow during heating and subsequent assessment of the absorbed dose from the parameters of the obtained thermal emission curve, differs in that as solid-state thermoluminescent detector used monocrystalline aluminum nitride AlN, heating detector lead to a temperature of at least 400 ° C, and the measurement of the intensity of the thermoluminescent glow is carried out only within the wavelength range from 340 to 380 nm.

Технический результат изобретения - увеличение верхнего значения линейного диапазона дозовой зависимости до 5 Гр (фиг.1) при измерении поглощенной дозы ионизирующего β-излучения. Это обеспечивается реализацией совокупности отличительных и ограничительных признаков способа, в частности использованием в качестве твердотельного детектора монокристалла нитрида алюминия, проведением нагрева детектора в диапазоне температур от 20°C до 400 и более °C, измерением интенсивности термолюминесцентного свечения только в пределах диапазона длин волн 340÷380 нм. Обеспечивается увеличение верхней границы линейного диапазона дозовой зависимости от 1 Гр до 5 Гр, то есть в 5 раз в сравнении с прототипом. Снижается зависимость положения максимумов термолюминесцентных пиков от величины дозы. Условия предварительной фототермической обработки материала детектора слабо влияют на его чувствительность.The technical result of the invention is an increase in the upper value of the linear range of the dose dependence up to 5 Gy (Fig. 1) when measuring the absorbed dose of ionizing β-radiation. This is ensured by the implementation of a set of distinctive and restrictive features of the method, in particular, the use of a single crystal of aluminum nitride as a solid-state detector, heating the detector in the temperature range from 20 ° C to 400 and more than ° C, and measuring the intensity of the thermoluminescent glow only within the wavelength range of 340 ÷ 380 nm. EFFECT: increase of the upper boundary of the linear range of the dose dependence from 1 Gy to 5 Gy, that is, 5 times in comparison with the prototype. The dependence of the position of the maxima of thermoluminescent peaks on the dose is reduced. The conditions for preliminary photothermal processing of the detector material have a weak effect on its sensitivity.

Предложенный способ расширяет арсенал известных ранее способов измерения поглощенной дозы ионизирующего β-излучения, обеспечивает повышение точности оценки поглощенной дозы в диапазоне доз от 10-5 до 5 Гр и расширяет область применения способа в сторону измерений увеличенных значений поглощенной дозы.The proposed method expands the arsenal of previously known methods for measuring the absorbed dose of ionizing β-radiation, improves the accuracy of estimating the absorbed dose in the dose range from 10 -5 to 5 Gy and expands the scope of the method in the direction of measuring increased values of the absorbed dose.

При измерении интенсивности термолюминесцентного свечения на длинах волн менее 340 нм существенно снижается верхнее значение линейного диапазона дозовой зависимости. При увеличении длины волны более 380 нм регистрируются составляющие термолюминесцентного свечения детектора, вносящие погрешности в оценку поглощенной дозы и существенно уменьшающие точность такой оценки. Эти составляющие обусловлены неконтролируемыми примесями материала термолюминесцентного детектора, тепловым фоном и влиянием глубоко расположенных ловушек монокристалла нитрида алюминия.When measuring the intensity of the thermoluminescent glow at wavelengths less than 340 nm, the upper value of the linear range of the dose dependence significantly decreases. With an increase in the wavelength of more than 380 nm, the components of the thermoluminescent glow of the detector are recorded, introducing errors in the estimate of the absorbed dose and significantly reducing the accuracy of such an estimate. These components are caused by uncontrolled impurities of the material of the thermoluminescent detector, the thermal background, and the influence of deeply located traps of a single crystal of aluminum nitride.

Описанная связь между отличительными признаками предложенного изобретения и новым техническим результатом экспериментально выявлена авторами изобретения.The described relationship between the distinguishing features of the proposed invention and the new technical result is experimentally identified by the inventors.

Изобретение поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

фиг.1 - полученные авторами дозовые зависимости с линейностью, имеющей место при значениях поглощенной дозы до 5 Гр; на этой фигуре изображены полученные для монокристаллического нитрида алюминия способом термостимуляции зависимости интенсивности излучения и светосуммы от поглощенной дозы; по горизонтальной оси отложены значения поглощенной дозы (Гр); по левой вертикальной оси отложены значения интенсивности излучения в относительных единицах (отн. ед.), по правой вертикальной оси - значения светосуммы (отн. ед.);figure 1 - obtained by the authors of the dose dependence with linearity that occurs with absorbed doses up to 5 Gy; this figure shows the dependences of the radiation intensity and light sum on the absorbed dose obtained for single-crystal aluminum nitride by the method of thermal stimulation; the horizontal axis represents the absorbed dose (Gy); values of radiation intensity in relative units (rel. units) are plotted on the left vertical axis, light sums (rel. units) on the right vertical axis;

фиг.2 - блок-схема устройства для определения поглощенной дозы β-излучения в термолюминесцентном детекторе на основе монокристалла нитрида алюминия;figure 2 is a block diagram of a device for determining the absorbed dose of β-radiation in a thermoluminescent detector based on a single crystal of aluminum nitride;

фиг.3 - полученные авторами зависимости интенсивности термолюминесценции от температуры нагрева при двух значениях поглощенной дозы (1,92 и 3,84 Гр); по горизонтальной оси отложены значения температуры (°C), по вертикальной оси -значения интенсивности термолюминесценции в относительных единицах (отн. ед.).figure 3 - obtained by the authors of the dependence of the intensity of thermoluminescence on the heating temperature at two values of the absorbed dose (1.92 and 3.84 Gy); the horizontal axis represents the temperature values (° C), the vertical axis represents the values of the intensity of thermoluminescence in relative units (rel. units).

Устройство для определения поглощенной дозы β-излучения (фиг.2) включает твердотельный термолюминесцентный детектор 1 на основе монокристалла нитрида алюминия AlN, блок 2 нагрева указанного детектора 1 и блок 3 регистрации термолюминесцентного свечения этого же детектора 1. Выход 4 блока 3 регистрации термолюминесцентного свечения соединен со входом 5 блока 6 оценки поглощенной дозы. Между упомянутым блоком 3 регистрации и термолюминесцентным детектором 1 на пути распространения свечения 7 этого детектора расположен блок 8 выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения, обозначенный на фиг.3 как фильтр. Блок 8 выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения выполнен с характеристиками, обеспечивающими функцию выделения длин волн только в пределах диапазона от 340 до 380 нм (свечение 9).A device for determining the absorbed dose of β-radiation (figure 2) includes a solid-state thermoluminescent detector 1 based on a single crystal of aluminum nitride AlN, a heating unit 2 of the specified detector 1 and a unit 3 for recording the thermoluminescent glow of the same detector 1. The output 4 of the block 3 for recording the thermoluminescent glow is connected with an input of 5 block 6 absorbed dose assessment. Between the mentioned recording unit 3 and the thermoluminescent detector 1, on the propagation path of the glow 7 of this detector, there is a wavelength separation unit 8 of the detected thermoluminescent glow, indicated in FIG. 3 as a filter. Block 8 of the selection of wavelengths of the recorded thermoluminescent glow is made with characteristics that provide the function of selecting wavelengths only within the range from 340 to 380 nm (glow 9).

Блок 2 нагрева включает нагревательный столик, на котором размещен детектор 1, и устройство регулировки мощности нагрева (на чертеже не показаны).The heating unit 2 includes a heating table, on which the detector 1 is placed, and a heating power adjustment device (not shown in the drawing).

Детектор 1 представляет собой образец монокристаллического нитрида алюминия, имеющего вюрцитный тип решетки, удельное сопротивление 1011÷1013 Ом·см, теплопроводность 3,2 Вт/(см·К), близкие к нитриду галлия значения параметров кристаллической ячейки и коэффициента термического расширения, а также плотность дислокаций менее 103 см-2.Detector 1 is a sample of single-crystal aluminum nitride having a wurtzite type of lattice, specific resistance 10 11 ÷ 10 13 Ohm · cm, thermal conductivity 3.2 W / (cm · K), crystal cell parameters and thermal expansion coefficient close to gallium nitride, as well as a dislocation density of less than 10 3 cm -2 .

Блок 8 выделения длин волн регистрируемого термолюминесцентного свечения 7 представляет собой фильтр из оптического стекла (например, типа УФС-8), осуществляющий функцию выделения (пропускания через себя) длин волн термолюминесцентного свечения в диапазоне 340÷380 нм (свечение 9). В качестве блока 8 может быть использован соответствующий интерференционный фильтр.The wavelength separation unit 8 of the recorded thermoluminescent glow 7 is an optical glass filter (for example, UFS-8 type) that performs the function of isolating (passing through itself) the wavelengths of the thermoluminescent glow in the range 340–380 nm (glow 9). As block 8, an appropriate interference filter can be used.

Блок 3 регистрации термолюминесцентного свечения 9 представляет собой фотоэлектронный умножитель, например, типа ФЭУ-39А с усилителем и преобразователем сигнала (на чертеже не показаны).Block 3 registration thermoluminescent glow 9 is a photomultiplier tube, for example, type FEU-39A with an amplifier and signal converter (not shown).

Блок 6 оценки поглощенной дозы представляет собой (на чертеже не показано) микропроцессор или персональный компьютер (ЭВМ) с интерфейсом принятия сигнала от блока 3 регистрации термолюминесцентного свечения детектора 1. Блок 6 осуществляет функции задания значений температуры детектора 1, определения значений интенсивности термолюминесцентного свечения 9 при заданных значениях температуры, построения кривой термовысвечивания (зависимость интенсивности термолюминесцентного свечения 9 от температуры нагрева детектора 1), определения значения светосуммы указанной кривой и оценки поглощенной дозы по полученному значению светосуммы. Оценка поглощенной дозы может быть произведена также по интенсивности пика кривой термовысвечивания.Unit 6 for estimating the absorbed dose is (not shown in the drawing) a microprocessor or personal computer (computer) with an interface for receiving a signal from unit 3 for registering the thermoluminescent glow of detector 1. Block 6 performs the functions of setting the temperature of detector 1, determining the values of the intensity of thermoluminescent glow 9 when preset temperature values, constructing a thermal emission curve (dependence of the intensity of the thermoluminescent glow 9 on the heating temperature of detector 1), determining cheniya lightsum said curve and evaluating the absorbed dose on the resulting value lightsum. The absorbed dose can also be estimated by the peak intensity of the thermal emission curve.

Для управления нагревом детектора 1 используется блок управления (на чертеже не показан), входы-выходы которого соединены с устройством регулировки мощности блока 2 нагрева и через соответствующий интерфейс - с микропроцессором или персональным компьютером блока 6 оценки поглощенной дозы. Функцию упомянутого блока управления может осуществлять сам указанный микропроцессор (персональный компьютер).To control the heating of the detector 1, a control unit (not shown) is used, the inputs and outputs of which are connected to the power control device of the heating unit 2 and, through the appropriate interface, to the microprocessor or personal computer of the absorbed dose estimation unit 6. The function of said control unit may be performed by said microprocessor itself (personal computer).

В ЭВМ блока 6 для оценки поглощенной дозы используются программы управления измерительной системой, регистрации кривых термовысвечивания и математические пакеты, в частности, Excel или Origin.In the computer of block 6, for measuring the absorbed dose, control programs for the measuring system, registration of thermal emission curves, and mathematical packages, in particular, Excel or Origin, are used.

Устройство работает, а способ определения поглощенной дозы β-излучения в термолюминесцентном детекторе на основе монокристаллического нитрида алюминия осуществляется следующим образом.The device works, and the method for determining the absorbed dose of β-radiation in a thermoluminescent detector based on single-crystal aluminum nitride is as follows.

Измеряемый образец 1 (детектор 1, фиг.2) перед началом измерений имеет комнатную температуру. Общетехническое понятие комнатной температуры включает диапазон температур 20÷25°С, но может использоваться и диапазон от 17°C до 30°C. Для определения искомого значения поглощенной дозы β-излучения образец 1 при необходимости нагревают до первого выбранного значения температуры, например, 25°C. Первым выбранным значением температуры может быть действующее в помещении значение комнатной температуры. С помощью фильтра 8 из термолюминесцентного свечения 7 этого образца 1 выделяют свечение 9 в ультрафиолетовом диапазоне 340÷380 нм. С помощью блоков 3 и 6 определяют интенсивность термолюминесцентного свечения при установленном значении температуры и строят первую точку искомой кривой термовысвечивания. Далее производят линейный нагрев детектора 1 до следующих значений температуры и через установленные периоды времени (например, 1 с) аналогично строят последующие точки искомой кривой термовысвечивания, пока не будет достигнуто предельное значение температуры образца 1, равное 400°C или более. Нагрев осуществляют со скоростью, выбранной в диапазоне от 0,2 до 10°C/с. При значениях конечной температуры нагрева, меньших 400°C, снижается точность оценки поглощенной дозы. Например, при конечном значении температуры 380°C в расчет не принимается соответствующая часть площади под кривой зависимости интенсивности термолюминесценции от температуры, находящаяся правее значения температуры 340°C (фиг.3).The measured sample 1 (detector 1, figure 2) before starting the measurement has room temperature. The general technical concept of room temperature includes a temperature range of 20 ÷ 25 ° C, but a range of 17 ° C to 30 ° C can also be used. To determine the desired value of the absorbed dose of β-radiation, sample 1, if necessary, is heated to the first selected temperature value, for example, 25 ° C. The first temperature selected can be the room temperature that is valid in the room. Using a filter 8, a glow 9 in the ultraviolet range of 340 ÷ 380 nm is isolated from the thermoluminescent glow 7 of this sample 1. Using blocks 3 and 6, determine the intensity of the thermoluminescent glow at a set temperature and build the first point of the desired curve of thermal emission. Next, the detector 1 is linearly heated to the following temperature values and after set time periods (for example, 1 s), the subsequent points of the desired thermal emission curve are similarly constructed until a temperature limit of sample 1 of 400 ° C or more is reached. Heating is carried out at a speed selected in the range from 0.2 to 10 ° C / s. When the final heating temperature is less than 400 ° C, the accuracy of the estimate of the absorbed dose decreases. For example, at a final temperature value of 380 ° C, the corresponding part of the area under the curve of the dependence of the intensity of thermoluminescence on temperature, to the right of the temperature value of 340 ° C, is not taken into account (Fig. 3).

Данные о времени, прошедшем с начала измерений, температуре образца 1 и интенсивности его термолюминесцентного свечения 9, получаемые при помощи описанного устройства, записывают в файл данных. Файл данных обрабатывают математическим пакетом, например, типа Excel или Origin. По полученной искомой кривой термовысвечивания определяют искомое значение светосуммы или искомое значение интенсивности пика указанной кривой, по которым производят оценку значения поглощенной образцом 1 искомой дозы β-излучения. Для этого измеряемый образец 1, подготовленный к последующему использованию (освобожденный от полученной ранее поглощенной дозы β-излучения), подвергают воздействию известного эталонного значения дозы β-излучения (порядка 0,01÷0,05 Гр). Затем вышеописанным способом определяют значение эталонной светосуммы или эталонной интенсивности пика кривой термовысвечивания. Искомое значение поглощенной дозы β-излучения образца 1 рассчитывают с помощью блока 6 оценки поглощенной дозы по следующим формулам:Data on the time elapsed since the beginning of the measurements, the temperature of the sample 1 and the intensity of its thermoluminescent glow 9, obtained using the described device, are recorded in the data file. The data file is processed by a mathematical package, for example, of the type Excel or Origin. From the desired heat-emission curve obtained, the desired light sum value or the desired peak intensity value of the specified curve is determined, from which the value of the desired dose of β radiation absorbed by sample 1 is estimated. For this, the measured sample 1, prepared for subsequent use (freed from the previously received absorbed dose of β-radiation), is exposed to a known reference value of the dose of β-radiation (of the order of 0.01 ÷ 0.05 Gy). Then, in the manner described above, the value of the reference light sum or the reference intensity of the peak of the thermal emission curve is determined. The desired value of the absorbed dose of β-radiation of sample 1 is calculated using block 6 estimates of the absorbed dose according to the following formulas:

Figure 00000001
;
Figure 00000001
;

илиor

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

гдеWhere

Dиском - искомое значение поглощенной дозы β-излучения, Гр;D suit - the desired value of the absorbed dose of β-radiation, Gy;

Dэтал - эталонное значение поглощенной дозы β-излучения, устанавливаемое в пределах 0,01÷0,05 Гр;D reference - the reference value of the absorbed dose of β-radiation, set within 0.01 ÷ 0.05 Gy;

Sиском - искомое значение светосуммы искомой кривой термовысвечивания, отн. ед.;S claim - the desired value of the desired curve lightsum thermoluminescence, rel. units;

Sэтал - эталонное значение светосуммы эталонной кривой термовысвечивания, отн. ед.;S reference - the reference value of the light sum of the reference curve of thermal emission, rel. units;

Iиском - искомое значение интенсивности пика искомой кривой термовысвечивания, отн. ед.;I claim - the desired value of the peak intensity of the thermoluminescence of the desired curve, rel. units;

Iэтал - эталонное значение интенсивности пика эталонной кривой термовысвечивания, отн. ед.I reference - the reference value of the intensity of the peak of the reference curve of thermal emission, rel. units

В таблице приведены результаты измерений и оценки поглощенной дозы β-излучения способом с использованием в качестве детектора 1 монокристалла нитрида алюминия AlN при трех значениях тестовой поглощенной дозы (0,0016 Гр, 0,48 Гр и 3,84 Гр). Эталонное значение поглощенной дозы β-излучения было принято равным 0,03 Гр. Тестовые и эталонное значения поглощенной дозы в указанных образцах устанавливались облучением этих образцов при комнатной температуре β-излучением 90Sr/90Y-источника с мощностью дозы в месте расположения образца 0,032 Гр/мин. Скорость нагрева образцов составляла 2°C/с. В качестве результатов применения способов приведены значения погрешностей оценки искомой поглощенной дозы в процентах относительно эталонной поглощенной дозы. Допустимая относительная погрешность оценки искомой поглощенной дозы равна 15% (ГОСТ 8.035-82 «ГСИ. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений поглощенной дозы и мощности поглощенной дозы бета-излучения»).The table shows the results of measurements and estimates of the absorbed dose of β-radiation by the method using a single crystal of aluminum nitride AlN as detector 1 at three values of the test absorbed dose (0.0016 Gy, 0.48 Gy and 3.84 Gy). The reference value of the absorbed dose of β-radiation was taken equal to 0.03 Gy. The test and reference values of the absorbed dose in these samples were established by irradiating these samples at room temperature with β radiation of a 90 Sr / 90 Y source with a dose rate of 0.032 Gy / min at the sample location. The heating rate of the samples was 2 ° C / s. As the results of the application of the methods, the values of the errors in estimating the desired absorbed dose in percent relative to the reference absorbed dose are given. The permissible relative error in estimating the required absorbed dose is 15% (GOST 8.035-82 “GSI. State primary standard and state calibration scheme for measuring absorbed dose and absorbed beta dose rate”).

ТаблицаTable Поглощенная доза облучения, ГрAbsorbed radiation dose, Gy Конечная температура нагрева, °CFinal heating temperature, ° C Относительная погрешность оценки, %Relative estimation error,% по светосуммеby light sum по интенсивностиin intensity суммарная погрешностьtotal error 0,00160.0016 420420 2,52,5 0,20.2 2,52,5 0,48000.4800 400400 3,03.0 10,010.0 10,410,4 3,843.84 420420 3,83.8 8,48.4 9,29.2

Ниже описаны пронумерованные согласно строкам таблицы (сверху вниз) примеры 1, 2, 3 осуществления предложенного способа определения поглощенной дозы ионизирующего β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе на основе нитрида алюминия. Суммарная погрешность оценки в таблице определяется как корень из суммы квадратов погрешностей по светосумме и интенсивности, также представленных в таблице.Below are described numbered according to the rows of the table (top to bottom) examples 1, 2, 3 of the implementation of the proposed method for determining the absorbed dose of ionizing β-radiation in a solid-state thermoluminescent detector based on aluminum nitride. The total estimation error in the table is defined as the root of the sum of the squares of the errors in light sum and intensity, also presented in the table.

Пример 1Example 1

Поглощенную дозу ионизирующего β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе 1 на основе монокристаллического нитрида алюминия AlN определяют путем нагрева облученного детектора 1 со скоростью 2°C/с, начиная с комнатной температуры (25°C) и заканчивая температурой 420°C. Измерение интенсивности термолюминесцентного свечения осуществляют только в пределах диапазона длин волн от 340 до 380 нм, при значении искомой поглощенной дозы облученного детектора 1, равной 0,0016 Гр. В результате суммарная погрешность оценки искомой поглощенной дозы составляет 2,5%, то есть является допустимой (менее 15%).The absorbed dose of ionizing β-radiation in a solid-state thermoluminescent detector 1 based on monocrystalline aluminum nitride AlN is determined by heating the irradiated detector 1 at a rate of 2 ° C / s, starting from room temperature (25 ° C) and ending with a temperature of 420 ° C. The intensity of the thermoluminescent glow is measured only within the wavelength range from 340 to 380 nm, with the desired absorbed dose of the irradiated detector 1 equal to 0.0016 Gy. As a result, the total error in the estimate of the desired absorbed dose is 2.5%, that is, it is permissible (less than 15%).

Пример 2Example 2

Поглощенную дозу ионизирующего β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе 1 на основе монокристаллического нитрида алюминия AlN определяют так же, как в примере 1, за исключением нагрева детектора 1 до температуры 400°C, при значении искомой поглощенной дозы облученного детектора 1, равной 0,48 Гр. Суммарная погрешность оценки поглощенной дозы составляет 10,4%, что является допустимым.The absorbed dose of ionizing β-radiation in a solid-state thermoluminescent detector 1 based on single-crystal aluminum nitride AlN is determined in the same way as in example 1, with the exception of heating the detector 1 to a temperature of 400 ° C, with the desired absorbed dose of the irradiated detector 1 equal to 0.48 Gr. The total error in estimating the absorbed dose is 10.4%, which is acceptable.

Пример 3Example 3

Поглощенную дозу ионизирующего β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе 1 на основе монокристаллического нитрида алюминия AlN определяют так же, как в примере 1, при значении искомой поглощенной дозы облученного детектора 1, равной 3,84 Гр. Суммарная погрешность оценки искомой поглощенной дозы составляет 9,2% и является допустимой.The absorbed dose of ionizing β-radiation in a solid-state thermoluminescent detector 1 based on monocrystalline aluminum nitride AlN is determined in the same way as in example 1, with the desired absorbed dose of irradiated detector 1 equal to 3.84 Gy. The total error in the estimate of the required absorbed dose is 9.2% and is acceptable.

Claims (1)

Способ определения поглощенной дозы ионизирующего β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе, включающий нагрев указанного детектора от комнатной температуры с одновременным измерением в процессе нагрева интенсивности термолюминесцентного свечения и последующей оценкой поглощенной дозы по параметрам полученной кривой термовысвечивания, отличающийся тем, что в качестве твердотельного термолюминесцентного детектора использован монокристаллический нитрид алюминия AlN, нагрев детектора ведут до температуры не менее 400°С, а измерение интенсивности термолюминесцентного свечения осуществляют только в пределах диапазона длин волн от 340 до 380 нм. A method for determining the absorbed dose of ionizing β-radiation in a solid-state thermoluminescent detector, comprising heating the specified detector from room temperature while simultaneously measuring the intensity of the thermoluminescent glow and then evaluating the absorbed dose according to the parameters of the obtained thermal emission curve, characterized in that the solid-state thermoluminescent detector is used monocrystalline aluminum nitride AlN, the detector is heated to a temperature of at least 400 ° C, and the measurement of the intensity of the thermoluminescent glow is carried out only within the wavelength range from 340 to 380 nm.
RU2011132176/28A 2011-07-29 METHOD OF DETERMINING ABSORBED DOSE OF β-RADIATION IN SOLID-STATE THERMOLUMINESCENT DETECTOR RU2473925C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2473925C1 true RU2473925C1 (en) 2013-01-27

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7053375B2 (en) * 2002-07-29 2006-05-30 Toyoda Gosei Co., Ltd. Scintillator including a group III nitride compound semiconductor and a scintillation counter including a scintillator including a group III nitride compound semiconductor
RU2282212C1 (en) * 2005-05-04 2006-08-20 ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ Working material for thermo-exo-electron gamma-radiation dosimetry
RU2284044C1 (en) * 2005-05-13 2006-09-20 ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет-УПИ Crystal scintillator
RU2378666C1 (en) * 2008-11-24 2010-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Device for determining absorbed dose of beta radiation in thermoluminescent detector based on anion-defect monocrystal of aluminium oxide
EP2219048A2 (en) * 2009-02-09 2010-08-18 Tokuyama Corporation Radiation detecting apparatus and method for detecting radiation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7053375B2 (en) * 2002-07-29 2006-05-30 Toyoda Gosei Co., Ltd. Scintillator including a group III nitride compound semiconductor and a scintillation counter including a scintillator including a group III nitride compound semiconductor
RU2282212C1 (en) * 2005-05-04 2006-08-20 ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ Working material for thermo-exo-electron gamma-radiation dosimetry
RU2284044C1 (en) * 2005-05-13 2006-09-20 ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет-УПИ Crystal scintillator
RU2378666C1 (en) * 2008-11-24 2010-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Device for determining absorbed dose of beta radiation in thermoluminescent detector based on anion-defect monocrystal of aluminium oxide
EP2219048A2 (en) * 2009-02-09 2010-08-18 Tokuyama Corporation Radiation detecting apparatus and method for detecting radiation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gola et al. The DLED algorithm for timing measurements on large area SiPMs coupled to scintillators
Shah et al. LuI/sub 3: Ce-a new scintillator for gamma ray spectroscopy
EP2219048A2 (en) Radiation detecting apparatus and method for detecting radiation
Du et al. Continuous depth-of-interaction encoding using phosphor-coated scintillators
Takahashi et al. The temperature dependence of gamma-ray responses of yag: ce ceramic scintillators
CN103712782A (en) Comprehensive test method for optical performance of deep ultraviolet optical element
Vandenbroucke et al. Influence of temperature and bias voltage on the performance of a high resolution PET detector built with position sensitive avalanche photodiodes
Prusa et al. Tailoring and optimization of LuAG: Ce epitaxial film scintillation properties by Mg co-doping
CN103162942B (en) A kind of lower conversion luminescence film conversion efficiency measuring method
Yang et al. Scintillation properties and temperature responses of Cs 2 LiLaBr 6: Ce 3+
CN105555915A (en) Garnet scintillator composition
Swiderski et al. Scintillation response to gamma-rays measured at wide temperature range for Tl doped CsI with SiPM readout
RU2473925C1 (en) METHOD OF DETERMINING ABSORBED DOSE OF β-RADIATION IN SOLID-STATE THERMOLUMINESCENT DETECTOR
RU2473926C1 (en) APPARATUS FOR DETERMINING ABSORBED DOSE OF β-RADIATION IN SOLID-STATE THERMOLUMINESCENT DETECTOR
Pittet et al. Implantable real-time dosimetric probe using GaN as scintillation material
CN106290432A (en) A kind of low-temperatureX-ray induction thermoluminescence spectral measurement device
CN105181131B (en) A kind of laser power measurement method
RU2331086C1 (en) Working substance for thermo-exoelectronic dosimetry
Schneider et al. Characterization of blue sensitive 3× 3 mm2 SiPMs and their use in PET
Fairchild et al. Thermoluminescence of LiF TLD-100 dosimeter crystals
Makowski et al. Scintillation properties of (GaxAl1− x) 2O3 ceramics
US20210139773A1 (en) Large area scintillator panels with doping
Messous et al. Indium disilicate, a new fast scintillator
Ahr et al. Electrically calibrated cryogenic bolometers as primary detectors in the soft X-ray region
Stella et al. QA for calibration procedures of TLDs 100H in low doses range